(57)【要約】【課題】メタノール等の燃料電池用燃料を高濃度に保持でき、取扱性に優れた燃料電池用ゲル状燃料を提供する。【解決手段】燃料電池用燃料に必要に応じて水を加えて低分子有機ゲル化剤に取り込ませてゲル化し燃料電池用ゲル状燃料とする。この際、低分子有機ゲル化剤とともに燃料電池用ゲル状燃料の安定化剤として、セルロース誘導体、ポリエチレングリコール及び部分けん化型ポリビニルアルコールのうちの少なくとも１種をごく少量添加することで、燃料電池用ゲル状燃料を安定化することができる。この燃料電池用ゲル状燃料は高い燃料電池用燃料の含有率とすることができ、容易に燃料電池用燃料を取り出すことができる。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池用燃料に低分子有機ゲル化剤を添加してゲル化させたことを特徴とする燃料電池用ゲル状燃料。
【請求項２】
前記低分子有機ゲル化剤が、ジベンジリデン−Ｄ−ソルビトールであることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池用ゲル状燃料。
【請求項３】
前記燃料電池用燃料に、セルロース誘導体、ポリエチレングリコール及び部分けん化型ポリビニルアルコールのうちの少なくとも１種をさらに添加したことを特徴とする請求項１又は２に記載の燃料電池用ゲル状燃料。
【請求項４】
前記セルロース誘導体が、ヒドロキシプロピルセルロースであることを特徴とする請求項３に記載の燃料電池用ゲル状燃料。
【請求項５】
前記燃料電池用燃料が、アルコール類であることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の燃料電池用ゲル状燃料。
【請求項６】
前記アルコール類が、メタノールであることを特徴とする請求項５に記載の燃料電池用ゲル状燃料。
【請求項７】
燃料電池用燃料と低分子有機ゲル化剤とを含み、微細化してなることを特徴とする燃料電池用微細ゲル状燃料。
【請求項８】
前記低分子有機ゲル化剤が、ジベンジリデン−Ｄ−ソルビトールであることを特徴とする請求項７に記載の燃料電池用微細ゲル状燃料。
【請求項９】
セルロース誘導体、ポリエチレングリコール及び部分けん化型ポリビニルアルコールのうちの少なくとも１種をさらに含むことを特徴とする請求項７又は８に記載の燃料電池用微細ゲル状燃料。
【請求項１０】
前記セルロース誘導体が、ヒドロキシプロピルセルロースであることを特徴とする請求項９に記載の燃料電池用微細ゲル状燃料。
【請求項１１】
前記燃料電池用燃料が、アルコール類であることを特徴とする請求項７〜１０のいずれかに記載の燃料電池用微細ゲル状燃料。
【請求項１２】
前記アルコール類が、メタノールであることを特徴とする請求項１１に記載の燃料電池用微細ゲル状燃料。
【請求項１３】
燃料電池用燃料に低分子有機ゲル化剤を添加してゲル化し、微細化することを特徴とする燃料電池用微細ゲル状燃料の製造方法。
【請求項１４】
低分子有機ゲル化剤を含む燃料電池用燃料を噴霧するとともに冷却することを特徴とする燃料電池用微細ゲル状燃料の製造方法。
【請求項１５】
請求項１〜６のいずれかに記載の燃料電池用ゲル状燃料又は請求項７〜１２のいずれかに記載の燃料電池用微細ゲル状燃料を収容する燃料収容部と、
前記燃料電池用ゲル状燃料又は前記燃料電池用微細ゲル状燃料から燃料電池用燃料を取り出す手段と
を備えることを特徴とする燃料電池用燃料カートリッジ。
【請求項１６】
前記燃料電池用燃料を取り出す手段が、前記燃料電池用ゲル状燃料又は前記燃料電池用微細ゲル状燃料を加熱する手段であることを特徴とする請求項１５に記載の燃料電池用燃料カートリッジ。
【請求項１７】
前記燃料電池用燃料を取り出す手段が、前記燃料電池用ゲル状燃料又は前記燃料電池用微細ゲル状燃料に水を供給する手段であることを特徴とする請求項１５に記載の燃料電池用燃料カートリッジ。
【請求項１８】
請求項１〜６のいずれかに記載の燃料電池用ゲル状燃料又は請求項７〜１２のいずれかに記載の燃料電池用微細ゲル状燃料を燃料電池用燃料として用いることを特徴とする燃料電池。
【請求項１９】
請求項１５〜１７のいずれかに記載の燃料カートリッジが装着可能であることを特徴とする請求項１８に記載の燃料電池。
【請求項２０】
前記燃料電池用ゲル状燃料又は前記燃料電池用微細ゲル状燃料から燃料電池用燃料を取り出す手段を備えることを特徴とする請求項１８に記載の燃料電池。
【請求項２１】
前記燃料電池用燃料を取り出す手段が、前記燃料電池用ゲル状燃料又は前記燃料電池用微細ゲル状燃料と水とを接触させる手段であることを特徴とする請求項２０に記載の燃料電池。
【請求項２２】
前記燃料電池用燃料を取り出す手段が、前記燃料電池用ゲル状燃料又は前記燃料電池用微細ゲル状燃料を加熱する手段であることを特徴とする請求項２０に記載の燃料電池。
【請求項２３】
請求項１８〜２２のいずれかに記載の燃料電池で発電された電気を利用して駆動することを特徴とする携帯型電子機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池用ゲル状燃料、燃料電池用微細ゲル状燃料、燃料カートリッジ、燃料電池、燃料電池用微細ゲル状燃料の製造方法、及び携帯型電子機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、環境問題や資源問題への対策が重要になっており、その対策の一つとして、液体燃料としての有機溶媒と水とを直接供給して発電することのできる燃料電池の開発が活発に行われている。特に、液体燃料としてメタノールを使用し、その改質・ガス化を行うことなく直接メタノールを供給して発電することのできるダイレクトメタノール型燃料電池は、構造がシンプルであり、かつ小型化・軽量化が容易であるため、携帯型小型電子機器用、コンピュータ用等のコンシューマ電源をはじめ、種々の分散型電源、可搬型電源として有望である。
【０００３】
このような液体燃料を直接供給して発電する燃料電池は、プロトン導電性を有する固体高分子電解質膜からなる電解質を介して両側に正極（空気極）と負極（燃料極）とを接合した膜／電極接合体（ＭＥＡ）を、正極側（空気極側）セパレータと負極側（燃料極側）セパレータとで支持したセルが複数個積層された構成を有する。この正極側（空気極側）セパレータと負極側（燃料極側）セパレータとは、正極（空気極）に酸化剤ガスを供給し、負極（燃料極）に液体燃料を供給する役割を果たすとともに、酸化剤ガスと液体燃料とから電解質を介して行われる電気化学反応によって生成される反応生成物を排出する役割も果たしている。
【０００４】
すなわち、ダイレクトメタノール型燃料電池では、負極（燃料極）側にメタノール水溶液が供給され、正極（空気極）側に酸化剤ガスとしての空気が供給されると、負極（燃料極）では、下記式（１）に示すように、メタノールと水とが反応して二酸化炭素が生成されるとともに、水素イオンと電子とが放出される。一方、正極（空気極）では、下記式（２）に示すように、空気中の酸素が電解質を通過してきた水素イオンと電子とを取り込んで水が生成され、外部回路に起電力を生じさせる。そして、生成された水は、反応に寄与しなかった空気とともに正極側（空気極側）から排出され、二酸化炭素は、反応に寄与しなかったメタノール水溶液とともに負極側（燃料極側）から排出される。
負極：ＣＨ３ＯＨ ＋ Ｈ２Ｏ → ＣＯ２ ＋ ６Ｈ＋ ＋ ６ｅ− …（１）
正極：６Ｈ＋ ＋ ３／２Ｏ２ ＋ ６ｅ− → ３Ｈ２Ｏ …（２）
【０００５】
このダイレクトメタノール型燃料電池では、その出力特性を向上させる点からいえば、メタノール水溶液の濃度を高くすることが好ましい。このようなダイレクトメタノール型燃料電池への燃料供給方式としては、原液メタノール又はメタノール水溶液をシリンジ様の注入器を介して外部から直接負極（燃料極）側に注入する外部注入方式、原液メタノール又はメタノール水溶液を充填したカートリッジを燃料電池の負極（燃料極）に着脱可能に接続して、カートリッジから原液メタノール又はメタノール水溶液を直接負極（燃料極）側に供給し、燃料電池からの出力の低下が認められた場合に新しいカートリッジと交換するというカートリッジ方式が提案されている。しかし、これらの外部注入方式やカートリッジ方式は、いずれも燃料となるメタノールが液体の状態で保持されているために、燃料供給時に燃料が飛散したり、液漏れしたりするリスクが高く、取扱上の問題点が指摘されている。
【０００６】
そこで、メタノール等の燃料電池用燃料を固体状又はゲル状にして保持する方法として、アルコールにポリビニルアルコールと、少量の水と、ベンジリデンソルビトール及び／又はヒドロキシプロピルセルロースとを加えたアルコール系携帯用固形燃料が提案されている（特許文献１参照）。
【０００７】
また、分子内にカルボキシル基及び／又はスルホン酸基を有し、該カルボキシル基及び／又はスルホン酸基のプロトンの３０モル％以上がオニウムカチオンで置換された高分子の架橋体に燃料電池用燃料を吸収させた燃料電池用燃料貯蔵物が提案されている（特許文献２参照）。
【０００８】
また、このようなダイレクトメタノール型燃料電池では、標準電極電位は水素と略同一なので、理論的には水素を使用した固体高分子型燃料電池（ＰＥＦＣ）と同様の発電性能が得られるはずであるが、メタノールと水とを液体状態で燃料極へ送り込むと、電解質膜を介してメタノールの一部が正極（空気極）側に透過してしまうクロスオーバー現象が生じてしまい、理論値よりも発電性能が低下してしまう。
【０００９】
このようなクロスオーバー現象を防止する方法として、メタノールを液体状態で供給するのではなく、メタノールを気化させて燃料極側へ供給する方法が提案されている。具体的には、多孔質気化膜を用いて、毛管現象を利用して液体燃料を気化させて燃料ガスを発電部に供給する方法（特許文献３参照）や、非多孔質の気化膜を用いて、液体を気化膜内部に溶解させて気化させる方法（特許文献４参照）等が提案されている。
【特許文献１】特開平２−２８６７８９号公報
【特許文献２】特開２００４−１２７６５９号公報
【特許文献３】特許第３４１３１１１号公報
【特許文献４】特開２００６−５４０８２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、特許文献１に記載されたアルコール系携帯用固形燃料は、それ自体を燃料として燃焼させるものであり、アルコールだけを燃料として取り出すのが困難であるという問題点がある。
【００１１】
また、特許文献２に記載された燃料電池用燃料貯蔵物は、燃料電池用燃料を取り出すことができるものではあるが、高分子の架橋体に燃料電池用燃料を吸収させるのに時間がかかるという問題点がある。
【００１２】
さらに、特許文献３，４に記載された燃料を気化させる方法は、機器構成上、燃料を気化させるための気化膜を燃料電池セルと燃料カートリッジとの間（燃料電池筐体内部）に設ける必要があるため、燃料電池の構成が煩雑になるとともに、燃料電池筐体の大きさが大きくなってしまい、携帯型小型電子機器用には適さなくなるという問題点がある。
【００１３】
本発明は、かかる課題に鑑みてなされたものであり、メタノール等の燃料電池用燃料を高濃度に保持でき、取扱性に優れた燃料電池用ゲル状燃料を提供することを目的とする。また、本発明は、クロスオーバーを回避するための気化供給型燃料電池において燃料電池セルと燃料カートリッジとの間（燃料電池筐体内部）に気化膜を設ける必要がなく、携帯型小型電子機器用に適したコンパクトな燃料電池にて使用し得る燃料電池用微細ゲル状燃料及びその製造方法を提供することを目的とする。さらに、本発明は、この燃料電池用ゲル状燃料又は燃料電池用微細ゲル状燃料を収容する燃料カートリッジ、及びこれらのゲル状燃料を使用する燃料電池を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記課題を解決するために、本発明は、燃料電池用燃料に低分子有機ゲル化剤を添加してゲル化させたことを特徴とする燃料電池用ゲル状燃料を提供する（請求項１）。
【００１５】
上記発明（請求項１）によれば、低分子有機ゲル化剤を燃料電池用燃料に溶解させることにより、燃料電池用燃料がゲル化し、取扱性に優れた燃料電池用ゲル状燃料を得ることができる。
【００１６】
ここで、本発明において「低分子有機ゲル化剤」とは、分子量１００００未満の有機化合物で、燃料電池用燃料に溶解すると水素結合のような非共有結合によって分子が自己会合して繊維状会合体を形成し、それらが束になって網目状に絡まり、最終的には３次元網目構造を形成して燃料電池用燃料を取り込みゲル化することのできる化合物を意味する。
【００１７】
上記発明（請求項１）においては、前記低分子有機ゲル化剤が、ジベンジリデン−Ｄ−ソルビトールであることが好ましい（請求項２）。ジベンジリデン−Ｄ−ソルビトールは、アルコール等の様々な燃料電池用燃料をゲル化させることができ、かつ燃料電池用燃料への添加量は、ごく少量であればよいため、上記発明（請求項２）によれば、燃料電池用燃料の体積当たりのエネルギー密度を損なうことなく、効果的に燃料電池用燃料をゲル化でき、体積当たりのエネルギー密度に優れた燃料電池用ゲル状燃料を得ることができる。
【００１８】
上記発明（請求項１，２）においては、前記燃料電池用燃料に、セルロース誘導体、ポリエチレングリコール及び部分けん化型ポリビニルアルコールのうちの少なくとも１種をさらに添加したことが好ましく（請求項３）、上記発明（請求項３）においては、前記セルロース誘導体が、ヒドロキシプロピルセルロースであることが好ましい（請求項４）。
【００１９】
セルロース誘導体、ポリエチレングリコール及び部分けん化型ポリビニルアルコールのうちの少なくとも１種を低分子有機ゲル化剤とともに燃料電池用燃料に溶解させると、これらの高分子鎖が低分子有機ゲル化剤によって形成された繊維状会合体と複雑に絡み合い、より強固な３次元網目構造を形成するため、上記発明（請求項３，４）によれば、より安定的な燃料電池用ゲル状燃料を得ることができる。
【００２０】
上記発明（請求項１〜４）においては、前記燃料電池用燃料が、アルコール類であることが好ましく（請求項５）、上記発明（請求項５）においては、前記アルコール類は、メタノールであることが好ましい（請求項６）。
【００２１】
また、本発明は、燃料電池用燃料と低分子有機ゲル化剤とを含み、微細化してなることを特徴とする燃料電池用微細ゲル状燃料を提供する（請求項７）。かかる発明（請求項７）によれば、燃料電池用ゲル状燃料が微細化されていることにより、燃料電池用微細ゲル状燃料の表面積が大きくなり、燃料電池用微細ゲル状燃料から燃料電池用燃料が気化しやすくなるため、燃料電池用微細ゲル状燃料から燃料電池用燃料を容易に取り出すことができる。また、燃料電池用微細ゲル状燃料の表面積が大きいため、燃料電池用微細ゲル状燃料に水を接触させて燃料水溶液として取り出す際に水と燃料電池用微細ゲル状燃料との接触面積が大きくなり、燃料電池用燃料を水溶液として効率よく取り出すことができる。
【００２２】
ここで、本発明における燃料電池用微細ゲル状燃料には、燃料電池用燃料をゲル化した燃料電池用ゲル状燃料を細切りにして微細化してなるものや、燃料電池用燃料の微細液滴をゲル化してなるもの等が含まれ、微細ゲル状燃料の粒径は特に限定されないが、１ｍｍ以下であることが好ましい。
【００２３】
上記発明（請求項７）においては、前記低分子有機ゲル化剤が、ジベンジリデン−Ｄ−ソルビトールであることが好ましい（請求項８）。ジベンジリデン−Ｄ−ソルビトールは、少量を添加するだけで燃料電池用燃料をゲル化することができるため、かかる発明（請求項８）によれば、燃料電池用燃料の体積当たりのエネルギー密度に優れた燃料電池用微細ゲル状燃料を得ることができる。
【００２４】
上記発明（請求項７，８）においては、セルロース誘導体、ポリエチレングリコール及び部分けん化型ポリビニルアルコールのうちの少なくとも１種をさらに含むことが好ましく（請求項９）、かかる発明（請求項９）においては、前記セルロース誘導体が、ヒドロキシプロピルセルロースであることが好ましい（請求項１０）。
【００２５】
上記発明（請求項７〜１０）においては、前記燃料電池用燃料が、アルコール類であることが好ましく（請求項１１）、かかる発明（請求項１１）においては、前記アルコール類が、メタノールであることが好ましい（請求項１２）。
【００２６】
さらに、本発明は、燃料電池用燃料に低分子有機ゲル化剤を添加してゲル化し、微細化することを特徴とする燃料電池用微細ゲル状燃料の製造方法を提供する（請求項１３）。かかる発明（請求項１３）によれば、表面積が大きく、燃料電池用燃料を気化させることで容易に燃料電池用燃料を取り出すことのできる燃料電池用微細ゲル状燃料を得ることができる。
【００２７】
また、本発明は、低分子有機ゲル化剤を含む燃料電池用燃料を噴霧するとともに冷却することを特徴とする燃料電池用微細ゲル状燃料の製造方法を提供する（請求項１４）。かかる発明（請求項１４）によれば、粒径がほぼ揃った略球状の燃料電池用微細ゲル状燃料を効率的に製造することができる。
【００２８】
さらにまた、本発明は、上記発明（請求項１〜６）に係る燃料電池用ゲル状燃料又は上記発明（請求項７〜１２）に係る燃料電池用微細ゲル状燃料を収容する燃料収容部と、前記燃料電池用ゲル状燃料又は前記燃料電池用微細ゲル状燃料から燃料電池用燃料を取り出す手段とを備えることを特徴とする燃料電池用燃料カートリッジを提供する（請求項１５）。
【００２９】
上記発明（請求項１５）においては、前記燃料電池用燃料を取り出す手段が、前記燃料電池用ゲル状燃料又は前記燃料電池用微細ゲル状燃料を加熱する手段であってもよいし（請求項１６）、前記燃料電池用ゲル状燃料又は前記燃料電池用微細ゲル状燃料に水を供給する手段であってもよい（請求項１７）。
【００３０】
また、本発明は、上記発明（請求項１〜６）の燃料電池用ゲル状燃料又は上記発明（請求項７〜１２）の燃料電池用微細ゲル状燃料を燃料電池用燃料として用いることを特徴とする燃料電池を提供する（請求項１８）。
【００３１】
上記発明（請求項１８）においては、上記発明（請求項１５〜１７）に係る燃料カートリッジが装着可能であってもよいし（請求項１９）、前記燃料電池用ゲル状燃料又は前記燃料電池用微細ゲル状燃料から燃料電池用燃料を取り出す手段を備えていてもよい（請求項２０）。
【００３２】
また、上記発明（請求項２０）においては、前記燃料電池用燃料を取り出す手段が、前記燃料電池用ゲル状燃料又は前記燃料電池用微細ゲル状燃料と水とを接触させる手段であってもよいし（請求項２１）、前記燃料電池用ゲル状燃料又は前記燃料電池用微細ゲル状燃料を加熱する手段であってもよい（請求項２２）。
【００３３】
上記発明（請求項２２）によれば、燃料電池用ゲル状燃料又は燃料電池用微細ゲル状燃料を加熱することにより燃料電池用燃料を気化させて取り出すことができるため、気体状の燃料電池用燃料を直接燃料電池の燃料極に供給することができ、これにより、クロスオーバー現象が生じるのを防止し、クロスオーバー現象による燃料電池の発電性能の低下を防止することができる。また、気体状の燃料電池用燃料を取り出すことができるため、燃料電池セルと燃料カートリッジとの間に気化膜を設ける必要がなく、燃料電池を携帯型小型電子機器に適したコンパクトなものにすることができる。
【００３４】
また、本発明は、上記発明（請求項１８〜２２）に係る燃料電池で発電された電気を利用して駆動することを特徴とする携帯型電子機器を提供する（請求項２３）。
【発明の効果】
【００３５】
本発明によれば、燃料の飛散等のリスクが無く、取扱性に優れた燃料電池用ゲル状燃料を提供することができる。また、本発明によれば、クロスオーバーを回避するための気化供給型燃料電池において燃料電池セルと燃料カートリッジとの間（燃料電池筐体内）に気化膜を設ける必要がなく、携帯型小型電子機器用に適したコンパクトな燃料電池用微細ゲル状燃料及びその製造方法を提供することができる。さらに、本発明によれば、このような燃料電池用ゲル状燃料又は燃料電池用微細ゲル状燃料を使用することができ、携帯型小型電子機器に適したコンパクトな燃料電池を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３６】
以下、本発明の一実施形態に係る燃料電池用ゲル状燃料について説明する。
本実施形態に係る燃料電池用ゲル状燃料は、燃料電池用燃料に低分子有機ゲル化剤を添加して、その燃料電池用燃料をゲル化させることにより得られる。
【００３７】
燃料電池用燃料としては、例えば、アルコール類、エーテル類、炭化水素類、アセタール類、ギ酸類等が挙げられるが、特にこれらに限定されるものではない。具体的には、燃料電池用燃料として、メタノール、エタノール、変性アルコール、１−プロパノール、２−プロパノール、１−ブタノール、２−ブタノール、ｔｅｒｔ−ブタノール、エチレングリコール等の炭素数１〜４の低級脂肪族アルコール類；ジメチルエーテル、メチルエチルエーテル、ジエチルエーテル等のエーテル類；プロパン、ブタン等の炭化水素類；ジメトキシメタン、トリメトキシメタン等のアセタール類；ギ酸、ギ酸メチル等のギ酸類等を使用することができる。これらは１種を単独で使用してもよいし、２種以上を混合して使用してもよい。これらのうち、ダイレクトメタノール型燃料電池の燃料であるメタノールを使用することが好ましい。上述したような燃料電池用燃料は、必要に応じて水を配合し、所望の濃度に調整することができる。
【００３８】
低分子有機ゲル化剤とは、分子量１００００以下の有機化合物で、燃料電池用燃料に添加し、例えば、熱等のエネルギーを与えて溶解させ均一溶液として放置しておくと、２次元的な配列で繊維状の会合体が形成され、それらが絡み合って３次元網目構造を形成し、その中に燃料電池用燃料を取り込んで、燃料電池用燃料をゲル化させることが可能な物質を意味する。
【００３９】
このような低分子有機ゲル化剤としては、例えば、ジベンジリデン−Ｄ−ソルビトール、メチルベンジリデン−Ｄ−ガラクトース、イソプロピリデングリセルアルデヒド誘導体、１２−ヒドロキシステアリン酸、Ｎ−ラウロイル−Ｌ−グルタミンサン−α，γ−ビス−ｎ−ブチルアミド、スピンラベル化ステロイド、コレステロール誘導体、ジアルキルリン酸アルミニウム、フェノール系環状オリゴマー、２，３−ビス−ｎ−ヘキサデシロキシアントラセン、環状デプシペプチド、部分フッ素化アルカン、シスチン誘導体、ビス（２−エチルヘキシル）スルホコハク酸ナトリウム、トリフェニルアミン誘導体、ブチロラクトン誘導体、４級アンモニウム塩、フッ素化アルキル化オリゴマー、尿素誘導体、ビタミンＨ誘導体、グルコンアミド誘導体、コール酸誘導体、Ｌ−イソロイシン誘導体、Ｌ−バリン誘導体、環状ジペプチド誘導体、ジアミドやジ尿素誘導体等のシクロヘキサンジアミン誘導体等が挙げられる。これらの低分子有機ゲル化剤は、１種を単独で使用してもよいし、２種以上を混合して使用してもよい。
【００４０】
これらの低分子有機ゲル化剤のうち、ジベンジリデン−Ｄ−ソルビトールを使用することが好ましい。ジベンジリデン−Ｄ−ソルビトールは、ごく少量を燃料電池用燃料に添加するだけで燃料電池用燃料をゲル化することができる。そのため、ジベンジリデン−Ｄ−ソルビトールを用いて燃料電池用燃料をゲル化すれば、燃料電池用燃料の配合割合が極めて高い燃料電池用ゲル状燃料を得ることができ、燃料電池用ゲル状燃料を用いて燃料電池を駆動させる際の、エネルギー密度の点で有利である。具体的には、燃料電池用燃料１質量部に対して、０．０１〜０．１質量部のジベンジリデン−Ｄ−ソルビトールを添加すればよい。
【００４１】
しかしながら、低分子有機ゲル化剤によるゲル化原動力は、水素結合やファンデルワールス力、π−π相互作用、静電相互作用等に代表される非共有結合的な比較的弱い力であるため、低分子有機ゲル化剤によりアルコール等の燃料電池用燃料をゲル化した場合、得られた燃料電池用ゲル状燃料は、長期間放置したり強い外力が加わったりするとゲルを構成する繊維状会合体が崩壊し、固液分離してしまう等の障害を起こすおそれがある。
【００４２】
そこで、このような問題を解決するために、低分子有機ゲル化剤とともに燃料電池用ゲル状燃料の安定化剤として、セルロース誘導体、ポリエチレングリコール及び部分けん化型ポリビニルアルコールのうちの少なくとも１種をごく少量添加することが好ましい。これにより、燃料電池用ゲル状燃料を安定化することができる。これらの安定化剤を低分子有機ゲル化剤とともに燃料電池用燃料に溶解させると、安定化剤の高分子鎖が低分子有機ゲル化剤によって形成された繊維状会合体と複雑に絡み合い、より強固な３次元網目構造を形成するため、より安定的な燃料電池用ゲル状燃料を得ることができる。
【００４３】
なお、ポリビニルアルコールのうち完全けん化型ポリビニルアルコールは、アルコール等の燃料電池用燃料には不溶であるので、ポリビニルアルコールを安定化剤として用いる場合は、部分けん化型ポリビニルアルコールを用いることが好ましく、特にけん化度が７０以下の部分けん化型ポリビニルアルコールを用いることが好ましい。
【００４４】
このような安定化剤としては、セルロース誘導体を使用することが好ましく、特にヒドロキシプロピルセルロースを使用することが好ましい。
【００４５】
上述したような安定化剤は、燃料電池用燃料に対してごく少量添加すればよく、具体的には、燃料電池用燃料１質量部に対し、０．００１質量部〜０．０５質量部程度の安定化剤を添加すればよい。
【００４６】
本実施形態に係る燃料電池用ゲル状燃料を製造する方法としては、燃料電池用燃料に低分子有機ゲル化剤と、必要に応じて安定化剤とを添加して加熱溶解させればよく、添加する順序に特に制限はない。例えば、燃料電池用燃料に低分子有機ゲル化剤と安定化剤とを加えて、加熱しながら十分に攪拌することにより、低分子有機ゲル化剤と安定化剤とが燃料電池用燃料に溶解するので、その後、そのまま放冷しておくことで、燃料電池用燃料がゲル化して、燃料電池用ゲル状燃料を得ることができる。
【００４７】
このようにして得られた燃料電池用ゲル状燃料における低分子有機ゲル化剤及び安定化剤の配合量は、燃料電池用ゲル状燃料全体の１０質量％未満であることが好ましい。低分子有機ゲル化剤及び安定化剤の配合量が上記範囲内であれば、燃料電池用燃料の含有率が９０質量％を超えることになり、燃料電池用ゲル状燃料を容器に充填した燃料カートリッジを燃料電池のエネルギー源として使用する場合、体積当たりエネルギー密度が高く、メタノール原液とほぼ同等の体積当たりエネルギー密度を有する燃料電池用燃料カートリッジとして使用することができる。
【００４８】
このようにして得られた燃料電池用ゲル状燃料は、一定の形状に成形してもよい。燃料電池用ゲル状燃料を成形する場合、その形状は、燃料電池用燃料を使用する燃料電池に適応した形状であればよい。燃料電池用ゲル状燃料の形状は、例えば、粒状、ペレット状、シート状であってもよい。
【００４９】
また、このようにして得られた燃料電池用ゲル状燃料は、例えば、細切りにすることで微細化し、燃料電池用微細ゲル状燃料とすることができる。燃料電池用ゲル状燃料を微細化することで、その表面積が大きくなるため、燃料電池用微細ゲル状燃料から燃料電池用燃料が気化しやすくなる。したがって、燃料電池用ゲル状燃料を微細化してなる燃料電池用微細ゲル状燃料は、燃料電池用燃料をより容易に取り出し得るものとなる。なお、細切りにする燃料電池用ゲル状燃料は、一定の形状に成形されたものであってもよいし、成形されていないものであってもよい。
【００５０】
燃料電池用微細ゲル状燃料は、燃料電池用燃料に低分子有機ゲル化剤と、セルロース誘導体等の安定化剤とを溶解させた燃料電池用燃料溶液を噴霧するとともに冷却することにより製造することもできる。具体的には、燃料電池用燃料溶液を噴霧するノズルと容器とを用意し、容器内に冷気を供給しながら、燃料電池用燃料溶液を当該容器内にノズルを介して噴霧することにより、燃料電池用微細ゲル状燃料を製造することができる。このように、燃料電池用燃料溶液を噴霧するとともに冷却することで、燃料電池用燃料のゲル化が促進され、粒径が小さく、かつほぼ粒径の揃った略球状の燃料電池用微細ゲル状燃料を効率的に製造することができる。
【００５１】
燃料電池用微細ゲル状燃料の粒径は、特に限定されるものではないが、１ｍｍ以下であることが好ましい。燃料電池用微細ゲル状燃料の粒径が１ｍｍ以下であれば、燃料電池用燃料が気化しやすい燃料電池用微細ゲル状燃料とすることができる。
【００５２】
燃料電池用燃料溶液を冷却する際の冷却温度は、燃料電池用燃料をゲル化して、粒径が１ｍｍ以下の燃料電池用微細ゲル状燃料を製造し得る温度であれば特に限定されるものではないが、例えば、−１０〜２５℃であることが好ましい。また、燃料電池用燃料溶液を噴霧する際に用いるノズルとしては、一流体ノズルや二流体ノズルを使用することができるが、二流体ノズルを使用することが好ましい。二流体ノズルを使用することにより、燃料電池用微細ゲル状燃料をより微細化することができる。
【００５３】
ノズルを介して燃料電池用燃料溶液を噴霧する際、ノズルに供給する燃料電池用燃料溶液の流量、空気の圧力等の条件は、特に限定されることはなく、得られる燃料電池用微細ゲル状燃料の粒径に応じて適宜調整することができる。
【００５４】
本実施形態に係る燃料電池用ゲル状燃料又は燃料電池用微細ゲル状燃料から燃料電池用燃料を取り出す方法としては、例えば、当該燃料電池用ゲル状燃料又は燃料電池用微細ゲル状燃料を加熱して、燃料電池用ゲル状燃料又は燃料電池用微細ゲル状燃料から燃料電池用燃料を気化させることで、気体状の燃料電池用燃料を取り出す方法、燃料電池用ゲル状燃料又は燃料電池用微細ゲル状燃料に水を接触させることで、燃料電池用ゲル状燃料又は燃料電池用微細ゲル状燃料から水溶液状の燃料電池用燃料を取り出す方法等が挙げられる。
【００５５】
燃料電池用ゲル状燃料又は燃料電池用微細ゲル状燃料をダイレクトメタノール型燃料電池にて使用することを考慮すると、燃料電池用ゲル状燃料又は燃料電池用微細ゲル状燃料に水を接触させて燃料電池用ゲル状燃料又は燃料電池用微細ゲル状燃料から燃料電池用燃料を取り出すことが好ましい。このようにすることで、燃料電池用燃料を燃料水溶液として取り出すことができるため、当該燃料水溶液を燃料電池の負極（燃料極）に直接供給することができ、エネルギー的に優れた燃料電池とすることができる。
【００５６】
しかしながら、燃料水溶液を燃料電池の負極（燃料極）に直接供給すると、クロスオーバー現象が生じてしまうおそれがあるため、クロスオーバー現象の発生を防止するという観点からは、燃料電池用ゲル状燃料又は燃料電池用微細ゲル状燃料から燃料電池用燃料を気化させて、気体状の燃料電池用燃料として取り出すことが好ましい。気体状の燃料電池用燃料を取り出す場合には、燃料電池用微細ゲル状燃料を使用することが好ましい。燃料電池用微細ゲル状燃料は、その表面積が大きく、燃料電池用燃料が気化しやすいため、燃料電池用微細ゲル状燃料から燃料電池用燃料を容易に取り出すことができる。燃料電池用ゲル状燃料又は燃料電池用微細ゲル状燃料から気体状の燃料電池用燃料を取り出す際の温度条件は、特に限定されるものではないが、例えば、２０〜７０℃が好ましい。
【００５７】
燃料電池用ゲル状燃料又は燃料電池用微細ゲル状燃料は、熱伝導率の高い部材から構成される燃料収容部を備える燃料カートリッジに充填して使用することが好ましい。燃料電池では、燃料極での燃料の酸化反応が進むにつれ、反応熱が発生する。燃料電池用微細ゲル状燃料からの燃料電池用燃料の気化においては、気化させるための温度条件が高いほど気化速度が速くなるため、ゲル状燃料を充填する燃料カートリッジの燃料収容部は、燃料極での反応熱を熱源として利用できるような、熱伝導率の高い部材から構成されることが好ましい。燃料カートリッジの燃料収容部を構成する部材の熱伝導率（１００℃）は、例えば、１５〜４５０Ｗ／ｍ・Ｋであることが好ましい。このような熱伝導率を有する部材としては、例えば、銅、アルミニウム、スチール、ステンレス等が挙げられ、このような汎用性があり、かつ低コストの金属を燃料カートリッジの燃料収容部の部材として用いることが好ましい。
【００５８】
本実施形態の燃料電池用ゲル状燃料を使用する燃料電池は、特に限定されるものではなく、例えば、直接メタノール形燃料電池、固体高分子型燃料電池、固体酸化物型燃料電池等が挙げられる。
【００５９】
この燃料電池は、燃料電池用ゲル状燃料から燃料電池用燃料を取り出す手段を備えていてもよい。当該手段は、燃料電池用ゲル状燃料又は燃料電池用微細ゲル状燃料から燃料電池用燃料を取り出すことのできる手段であり、例えば、燃料電池用ゲル状燃料又は燃料電池用微細ゲル状燃料を加熱して、燃料電池用ゲル状燃料又は燃料電池用微細ゲル状燃料から燃料電池用燃料を気化させる構成を有していてもよいし、燃料電池用ゲル状燃料又は燃料電池用微細ゲル状燃料と水とを接触させて、低分子有機ゲル化剤を濾過し、水溶液状の燃料電池用燃料を取り出す構成を有していてもよい。
【００６０】
このようにして得られる燃料電池用ゲル状燃料又は燃料電池用微細ゲル状燃料は、不測の事態により燃料電池本体が破損した場合においても、液体燃料のように拡散することはなく、取扱性の点で優位性がある。
【００６１】
以上説明した燃料電池用ゲル状燃料又は燃料電池用微細ゲル状燃料を使用し得る燃料電池は、例えば、携帯電話、ノートパソコン、デジタルカメラ等の携帯型電子機器に電気的に接続することで、これらの携帯型電子機器の電源として好適に利用することができる。
【００６２】
以上説明した実施形態は、本発明の理解を容易にするために記載されたものであって、本発明を限定するために記載されたものではない。したがって、上記実施形態に開示された各要素は、本発明の技術的範囲に属する全ての設計変更や均等物をも含む趣旨である。
【００６３】
例えば、燃料電池用燃料に低分子有機ゲル化剤を添加してゲル化させた燃料電池用ゲル状燃料を一定の形状に成形する工程は、省略してもよい。
【実施例】
【００６４】
以下、実施例により本発明を具体的に説明するが、本発明は下記の実施例に何ら限定されるものではない。
【００６５】
〔実施例１〕
１ｇのジベンジリデン−Ｄ−ソルビトール及び０．２ｇのヒドロキシプロピルセルロースにメタノール４８．８ｇを加えて、加熱しながら攪拌してジベンジリデン−Ｄ−ソルビトールとヒドロキシプロピルセルロースとを溶解させた。その後、室温で放冷してゲル状メタノール（実施例１）を得た。
【００６６】
〔実施例２〕
５ｇのジベンジリデン−Ｄ−ソルビトール及び１ｇのヒドロキシプロピルセルロースにメタノール２４４ｇを加えて、加熱しながら攪拌してジベンジリデン−Ｄ−ソルビトールとヒドロキシプロピルセルロースとを溶解させた。
【００６７】
二流体ノズル（スプレーイングシステムス社製）及び下部に２つの冷気供給口を設けた円筒形のガラス製容器（Φ２００×８００）を用意し、ガラス製容器内に２つの冷気供給口を介してエアクーラーにて１０℃の冷気を２００ｍＬ／ｍｉｎで供給しながら、得られた溶液を加熱しながら二流体ノズルに供給し、二流体ノズルからガラス製容器内に微細液滴を噴霧した。なお、二流体ノズルに供給する溶液の流量は８ｍＬ／ｍｉｎ、圧縮空気の圧力は０．１ＭＰａとした。また、ガラス製容器下部にはトレーを置き、ガラス製容器内に噴霧され、冷却されることで微細化してなる微細ゲル状メタノールの受皿とした。このようにして、微細ゲル状メタノール（実施例２）を得た。得られた微細ゲル状メタノールの平均粒子径は、５００μｍであった。
【００６８】
〔試験例１〕メタノール含有率確認試験
実施例１で得られたゲル状メタノールを高感度示差走査熱量計（商品名：ＴｈｅｒｍｏＰｌｕｓ２，リガク社製）に導入し、昇温速度１０℃／ｍｉｎ、室温〜２５０℃までの昇温条件でメタノールの揮発に伴う熱重量変化（ＴＧ）を測定した。また、比較として同様の条件で原液メタノール（比較例１）のＴＧも測定した。
結果を図１に示す。
【００６９】
図１から明らかなように、実施例１のゲル状メタノールの重量は、昇温とともに減少し、１００℃程度でほぼ一定となり、熱重量変化が観測されなくなった２００℃での熱重量変化率は−９６．５９％であった。このことから、実施例１により得られたゲル状メタノールのメタノール含有率は、９６．５９質量％であると考えられる。
【００７０】
一方、原液メタノール（比較例１）の重量は、５０℃でほぼ一定となり、１００℃での熱重量変化率が−９９．１４％であった。この熱重量変化率の測定結果から実施例１のゲル状メタノールは、原液メタノールとほぼ同等のエネルギー密度を有する一方で、原液メタノールよりも熱安定性が向上していることが確認された。
【００７１】
〔試験例２〕メタノール放出確認試験
実施例１で得られたゲル状メタノール５ｇに脱イオン水４５ｇを加えて、室温にて一定時間放置した。放置後の混合液を濾過し、得られた濾液を、ガスクロマトグラフ（製品名：ＧＣ−９Ａ，島津製作所社製）によりメタノール濃度（質量％）の測定を行い、またメタノール放出率（％）を算出した。
結果を表１に示す。
【００７２】
【表１】
2007265958.tif 000002
【００７３】
表１から明らかなとおり、実施例１により得られたゲル状メタノールに保持されていたメタノールのうち９０質量％以上が放置開始から５分以内に脱イオン水側に放出され、ゲル状メタノールからメタノールをメタノール水溶液として取り出せることが確認された。また、このようにして得られたメタノール水溶液を脱イオン水により希釈して３質量％メタノール水溶液とした後、ナフィオン系電解質を使用したダイレクトメタノール型燃料電池の負極（燃料極）に当該３質量％メタノール水溶液を供給したところ、当該燃料電池の稼動を確認することができた。
【００７４】
〔試験例３〕メタノール気化放出確認試験
実施例２で得られた微細ゲル状メタノール５ｇを５０ｍＬビーカーに入れて、室温で放置して重量変化を経時的に記録した。また、比較例１として原液メタノール５ｇを５０ｍＬビーカーに入れて室温で放置して重量変化を経時的に記録した。
結果を表２に示す。
【００７５】
【表２】
2007265958.tif 000003
【００７６】
表２から明らかなとおり、実施例２により得られた微細ゲル状メタノールは、原液メタノールよりも気化速度が早く、微細ゲル状メタノールから気体状のメタノールを容易に取り出し得ることが確認された。
【産業上の利用可能性】
【００７７】
本発明の燃料電池用ゲル状燃料は、取り扱いやすく、液漏れ等のない安全性の高い燃料電池用燃料として有用である。特に、本発明の燃料電池用微細ゲル状燃料は、気化供給型ダイレクトメタノール燃料電池用の燃料として有用である。
【図面の簡単な説明】
【００７８】
【図１】実施例１及び比較例１のＴＧ測定結果を示すグラフである。
【図１】
2007265958.tif 000004